LAS
PROTEINAS
Introducción
¿Sabías que? Un gen es una molécula de información biológica que se transmite de
padres a hijos. Algunos genes codifican proteínas, otros fabrican moléculas que van
a regular la síntesis de otras proteínas, otros codifican la forma del cromosoma. Cada
persona lleva en sí misma el tesoro genético que dará en herencia a sus futuras
generaciones familiares.
“Los genes, son segmentos de ADN, que corresponden a la unidad de la herencia,
segregación, mutación y recombinación en los seres vivos”.
Nuestra herencia genética no sólo determina el color del pelo o la forma de la cara,
sino que, además contiene información que configura la personalidad. La genética
del comportamiento intenta descubrir cuáles son los genes que influyen en la
conducta de las personas.
Agustino Gregorio Mendel 1865: sus trabajos realizados en plantas de arvejas le
permitieron establecer que los caracteres heredados están determinados por
unidades de la herencia, que se encuentran en cada célula y que transmiten a los
hijos a través de los gametos. Mendel llamo a estas unidades “factores de la
herencia”, y corresponden a lo que hoy conocemos como genes. De esta
manera, nació la genética.
¿Dónde se encuentran los genes?
El hecho de que los cromosomas homólogos se separen durante la meiosis, al igual
que los genes, llevó a pensar que las moléculas de la herencia se encontraban en los
cromosomas.
El análisis bioquímico de los cromosomas, a mediados del siglo XX, permitió
identificar a un tipo de molécula, el ADN (ácido desoxirribonucleico), como
responsable de la transmisión de la herencia en los seres vivos. Así, cada una de las
propiedades establecidas para los genes se pudo detectar en la molécula de ADN y,
además, se pudo conocer la función bioquímica de la mayoría de los genes: la síntesis
de proteínas.
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¿Qué es el fenotipo? Si observas detenidamente a tu compañero (a), ¿Qué fenotipo puedes
distinguir? Seguramente concentraste tu atención en algunos rasgos visibles, tales como la
forma y el color de algunas estructuras corporales (ojos, cabello, piel,etc). Todos esos rasgos
que puedes observar químicamente están conformados porproteínas.
Las proteínas: fenotipo a nivel bioquímico.
Los fenotipos pueden ser analizados a escala microscópica o macroscópica. Por lo tanto,
cualquier molécula puede ser considerada un fenotipo, siempre y cuando seael resultado de
la interacción del genotipo y el ambiente, esta interacción hoy en día se conoce como
epigenética.
Las proteínas son el resultado directo de la expresión de los genes en las células y,
además, son las responsables de la aparición de muchos otros fenotipos a nivel
microscópico. Por ejemplo, el que tu pelo sea liso, ondulado o crespo, depende del
ambiente y del tipo de proteínas que se fabrican, a partir de la información genética
que contienen.
Entonces…. ¿Cuál es el papel de los genes en la síntesis de proteínas?
A través de la alimentación incorporamos diversas proteínas presentes en los tejidos
de otros seres vivos. Estas proteínas son digeridas hasta aminoácidos, los que son
incorporados a nuestras células a través del sistema circulatorio. Los aminoácidos
son la materia prima para sintetizar nuevas proteínas.
¿Qué son las proteínas?:
Las
cuyos
monómeros
Lasproteínas
proteínasson
sonpolímeros
polímeros
cuyos
monómeros
Corresponden
En la .naturaleza
corresponden a los
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Propiedades
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Encuentran
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Átomos de hidrogeno
grupo
carboxilo
grupo
amino
carbono
Central.
grupo carbonilo.
Estructura de un aminoácido, unidad
básica funcional de las proteínas.
¿QUÉ SON LOS AMINOÁCIDOS?
La estructura de los aminoácidos está conformada por un átomo de carbono en el centro
(carbono central) unido, a través de enlaces, a un grupo amino ( NH 2 ), a un grupo
carboxilo (COOH), a un átomo de hidrógeno (H), y a un grupo radical (R), cuya
constitución varía entre los veinte diferentes aminoácidos.
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Las propiedades químicas y físicas de los diferentes aminoácidos dependen del grupo
radical que poseen. De esta manera, existen aminoácidos cargados negativamente
(electronegativos), aminoácidos aromáticos, aminoácidos hidrofílicos (presentan
afinidad con el agua) y aminoácidos hidrofóbicos (no pueden disolverse en agua).
La estructura y función de una proteína depende, por lo tanto, de las propiedades
físicas y químicas de los cientos o miles de aminoácidos que la forman, y del orden
en que se encuentran a lo largo de la molécula. A la secuencia lineal de aminoácidos
presente en una proteína se le denomina estructura primaria de la proteína.
Clasificación de los 20 aminoácidos que sintetizan los seres vivos.
La forma para nombrar (nomenclatura) los distintos aminoácidos son a través de
códigos, que puede ser de tres letras (generalmente las tres
s primeras letras del
nombre) o bien solo un código de una lletra, tal cual como arece
a
en el siguiente
cuadro en la sección símbolo. Para datosbio informáticos generalmente se usa solo
una letra.
Aminoácidos hidrofóbicos
Símbolo.
Glicina (Gly).
Alanita (Ala)
Valina (Val)
Leucina (Leu)
Metionina (Met)
Isoleucina (lle)
G
A
V
L
M
I
Aminoácidos hidrofílicos
Serina (Ser)
Treonina (Thr)
Cisteína (Cys)
Prolina (Pro)
Asparragina(Asn)
Glutamina (Gln)
S
T
C
P
N
Q
Aminoácidos aromáticos
Fenilanina(Phe)
Tirosina (Tyr)
Triptófano(Trp)
F
Y
W
Aminoácidos cargados positiv amente
Lisina (Lys)
Arginina (Arg)
Histidina (His)
K
R
H
Aminoácidos cargados negativamente
Aspartato (Asp)
Glutamato (Glu)
D
E
RELACIÓN ENTRE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS:
Si observas detenidamente la forma de tus manos, orejas o tus ojos, te darás cuenta
de que cada una de estas estructuras parece estar diseñada para cumplir las funciones
que realiza. De la misma manera, si observamos diferentes tipos celulares,
encontraremos relaciones evidentes entre la forma y la función biológica que
desempeñan. ¿Sucede lo mismo a nivel de proteína? ¿Qué relación existe entre la
forma y la función de las proteínas?
La estructura tridimensional de una proteína corresponde a la forma que esta
adquiere en el espacio. Dentro de la gran variedad de proteínas, existen diferentes
estructuras tridimensionales: algunas proteínas presentan forma globular, algo así
como una madeja desordenada; otras son fibrilares (alargadas); otras presentan
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forma de barril; otras son helicoidales. Sin embargo, en la mayoría encontramos una
mezcla de diferentes formas.
Si analizamos la forma de diferentes proteínas, nos daremos cuenta de que la
estructura está asociada con la función celular que cumplen. La actina, por ejemplo,
es una proteína presente en casi todas nuestras células, y su función es formar parte
del esqueleto celular. Su forma es fibrilar, lo que le permite extenderse desde un
punto a otro de la célula.
Algunas proteínas están formadas por una sola molécula, mientras que otras están
formadas por dos o más moléculas, unidas a través de enlaces químicos. A una
proteína formada por una sola molécula se le denomina proteína monomérica,
mientras que a aquellas que están formadas por más de una molécula se les
denomina proteínas diméricas (dos moléculas), proteínas triméricas (tres moléculas),
etc.
NIVELES DE ORGANIZACIÓN PROTEICA
Estructura Primaria: es la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces
peptídico. El orden de colocación de estos aminoácidos viene determinado
genéticamente, es decir, está escrito en el material hereditario.
La estructura primaria es importante porque determina la conformación
tridimensional específica de la proteína, necesaria para su función.
Además, como es la traducción lineal de la secuencia de nucleótidos de
los ácidos nucleótidos, proporciona información sobre la contribución
genética para la síntesis de proteínas.
Estructura Secundaria: Es la forma en que la cadena lineal de
aminoácidos puede plegarse, formando una hélice (alfa hélice)
o bien como lámina plegada (beta plegada). Está condicionada
por las interacciones entre las cadenas laterales de
aminoácidos y por las posibilidades de rotación alrededor de
los enlaces.
Estructura terciaria: Resulta del plegamiento en el espacio de la
exclusivamente por hélice alfa, por lámina beta y combinaciones entre
ambas. En los dos primeros tipos se forman proteínas fibrosas (muy
resistentes e insolubles en agua), realizan funciones estructurales como
miosina del músculo, el colágeno y la elastina del tejido conectivo. La
combinación de hélices alfa y láminas beta origina proteínas globulares.
la
asociación de varias cadenas polipeptídicas o subunidades; se dice que
presentan estructuras cuaternarias, refiriéndose a la disposición espacial
de las cadenas polipeptídicas para formar una proteína de mayor
complejidad. Se suelen mantener unidos por enlaces químicos débiles
(interacciones hidrofóbicas o fuerzas de van der Waals).
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Funciones de las proteínas
Toda actividad celular que te puedas imaginar es llevada a cabo por proteínas, por
esa misma razón se indica que son
los bloques básicos de construcción
de todo ser vivo. Esas funciones se
pueden agrupar en categorías tales
como:
- Estructural
- Enzimática
- Hormonal
- Transporte
- Reserva
- Homeostática
- Neurotransmisora
- Defensiva o inmunológica
- Movimiento y contracción
Clasificación según su función:
A- Proteínas Estructurales; contribuyen a las propiedades físicas de las células o
los organismos. Ejemplo de este tipo de proteínas son los microtúbulos, la
queratina del pelo y las uñas, y el colágeno que otorga resistencia a los
huesos, la piel y los vasos sanguíneos.
B- Enzimas; Son proteínas con actividad catalítica, es decir, que facilitan la
ocurrencia de reacciones químicas, en las que uno o mas sustratos son
convertidos en uno o más productos. Las enzimas intervienen en casi todas
las reacciones químicas que ocurren en nuestras células.
Concepto clave: “Aminoácidos”; son unidades moleculares básicas, a partir
de las cuales se sintetizan las proteínas.
Clasificación según células que la producen:
- Proteínas tejido-específicas y proteínas constitutivas:
Si bien todas las células de nuestro cuerpo poseen los mismos genes (la misma
información genética), la expresión de estos genes puede variar. Es así como existen
proteínas presentes en un solo tipo de tejido, mientras que otras se encuentran en
todas las células.
La regulación de la expresión de los genes en los tejidos está dirigida por complejos
mecanismos de señales químicas, que activan o inactivan la expresión de los genes,
dependiendo de la célula y el tejido en que se encuentren.
Proteínas tejido- específicas:
Son proteínas “exclusivas” de determinados tipos de tejido y se caracteriza por
presentar funciones altamente especializadas, propias de la estructura que las
produce. Por ejemplo, la melanina es producida por células de la piel, a la que otorga
la coloración.
A los genes que contienen la información para producir proteínas tejido-específicas
se les denomina genes tejido- específico. Aunque estos genes se expresan sólo en
determinados tipos celulares, estos genes se encuentran en todas las células. Entonces
te hago la pregunta ¿de que depende la expresión de estos genes?
La expresión de estos genes depende solamente de señales químicas que activan o
inactivan la síntesis de proteínas. Por ejemplo, la presencia de sustancias u
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organismos extraños en nuestro organismo, llamados antígenos, determinada la
producción de anticuerpos. Esto se debe a que los antígenos desencadenan, en
ciertos glóbulos blancos (linfocitos B), la expresión de los genes que contienen la
información para producir anticuerpos.
Algunas proteínas que seguramente has escuchado hablar de ellas en los niveles
anteriores.
Proteínas
Tipos celulares en las
que se encuentran
Función
Vasopresina
Neuronas
(hipotálamo)
Hormona que aumenta la presión sanguínea
Hemoglobina
Eritrocitos (sangre)
Transporta oxigeno por la sangre
Lipasa
pancreática
Células acinares
(páncreas)
Participa en la digestión de lípidos en intestino
delgado
Colágeno
Fibroblastos (piel)
Da resistencia a huesos y piel
Inmunoglobulina Linfocitos (sangre)
Participa en la respuesta inmune
Glucagón
Estimula el aumento de glucosa en la sangre
DATOS:
Célula a del páncreas
La rodopsina es
una proteína
de membrana
tejidoparticipa en la
traducción de
las señales
visuales en los
conos de la
retina.
Concepto Clave: “Anticuerpos”; proteínas
facilitando su eliminación.
¿QUE SON LAS PROTEÍNAS CONSTITUTIVAS?:
Estas proteínas son producidas en todas las células de un organismo y corresponden
a proteínas esenciales para la vida celular. Por lo tanto, la ausencia de una de estas
Proteínas puede afectar importantes procesos celulares.
En general, estas proteínas participan en importantes reacciones metabólicas, como
el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria, la síntesis de aminoácidos; y están presentes
en estructuras celulares como las proteínas del citoesqueleto, en las proteínas
constituyentes de los cromosomas, etcétera.
A los genes que contienen la información para producir este tipo de proteínas se les
denomina genes constitutivos, y una alteración en ellos podría provocar un efecto
perjudicial en importantes funciones orgánicas.
La respiración celular, por ejemplo, es un proceso presente en todas las células de
nuestro organismo. Este proceso está regulado por muchas enzimas y depende,
además, de muchas proteínas estructurales. Por lo tanto, la respiración celular
requiere de la información de muchos genes que contienen la información para
producir proteínas. Los genes que participan en el proceso de respiración celular
corresponden entonces a genes constitutivos.
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DATOS:
La tubulina es una proteína constitutiva. Una de sus funciones es
permitir la separación de las cromáticas hermanas durante la mitosis de
casi todas las células.
PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS: Cada proteína presenta propiedades físico- químicas
derivadas de su composición aminoácido y su conformación. Son propiedadesde todas
las proteínas. La especificidad y la desnaturalización. La primera relacionada aque las
proteínas cumplen funciones únicas en el organismo.
Las proteínas no son simplemente polímeros al azar de longitud variable. Cada tipo de
moléculas proteica posee una composición química específica, (composición cualitativa
en aminoácidos), una secuencia ordenada y única de estos aminoácidos, y un
determinado peso molecular.
FACTORES QUE DETERMINAN LA FORMA DE LAS PROTEÍNAS:
La forma de una proteína está determinada, principalmente por dos factores; la estructura
primaria (determinada genéticamente) y las condiciones físicas y químicas del ambiente
celular.
La estructura primaria, es decir, el tipo y secuencia de aminoácidos, constituye una especie de
código que determina la forma de las proteínas. Esto se debe al hecho de los aminoácidos,
constituye una especie de código que determina la forma de las proteínas ya que los
aminoácidos pueden presentar interacciones de atracción o repulsión entre sí, dentro de
la proteína. Estas interacciones dependen de la naturaleza química de los grupos radicales
y de la distancia que existe entre los aminoácidos. Por lo tanto, una molécula de proteína
no se encuentra extendida de manera laxa, sino que las interacciones entre sus
aminoácidos producen el plegamiento de la estructura proteica. Las atracciones y
repulsiones eléctricas entre aminoácidos cargados, así como también la formación de
enlaces químicos entre otros aminoácidos, produce que la proteína adquiera una forma
tridimensional en el espacio.
La forma de una proteína está determinada también por factores químicos y físicos
presentes en el ambiente celular y extracelular, como temperatura, acidez, carga eléctrica,
los que pueden favorecer o limitar las interacciones entre los aminoácidos de una misma
proteína. Por ejemplo, cuando una persona decide cambiar su pelo liso por ondulado, el
peluquero, luego de ondular mecánicamente el cabello, aplica diversos compuestos que
favorecen la formación de enlaces químicos entre distintos aminoácidos de las moléculas
de queratina, lo que permite estabilizar la forma ondulada por un tiempo definido.
La exposición de las proteínas a condiciones físicas o químicas extremas, pueden conducir
a la modificación irreversible de las estructuras proteicas, fenómeno denominado
desnaturación de las proteínas. Por ejemplo, al cocer un huevo, la elevada temperatura
produce un cambio irreversible en las interacciones entre los aminoácidos y, junto con
ello, un cambio en la forma y función de la albúmina, principal proteína presente en la
clara del huevo.
ACTIVIDAD
1. Organice una lista de vocabulario académico con su respectivo
significado.
2. Sintetice los siguientes aspectos:
a. Concepto de las proteínas
b. Concepto de los aminoácidos
c. Relación entre estructura y función de las proteínas
d. Niveles de organización proteica
e. Funciones de las proteínas
f. Factores que determinan la forma de las proteínas.
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